CN208283650U - 透视型近眼显示光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种透视型近眼显示光学系统，包括：液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片；其中，所述液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片顺次间隔排列设置，所述透明显示器与液晶透镜之间的距离等于所述液晶透镜具有屈光力状态下的焦距；所述液晶透镜外侧朝向使用者的眼睛。由于采用液晶透镜，既可以实现光学系统状态的切换，又可以适配不同视力的佩戴者，包括近视和远视，使得该光学系统可以工作在透视型近眼显示状态，也可以工作在VR状态。

Description

透视型近眼显示光学系统

技术领域

本实用新型涉及显示光学系统领域，尤其涉及一种透视型近眼显示光学系统。

背景技术

透视型显示光学系统是一种能让使用者同时观看外在景物以及投射影像的装置，达到实像与虚像叠加而不遮蔽视野的效果。目前已知的透视型显示光学系统有的采用带反射面(平面或自由曲面)的棱镜配合一个或多个光学透镜组成的光学系统，有的采用光波导镜片加投影镜头组成的光学系统，均是人眼视线之外的显示器上的图像转折传导，呈现在人眼的前方。前者通常镜片较厚，透视效果不佳，或者对自由曲面加工精度要求较高，以至于实际加工难以满足而导致成像质量较差。后者加工工艺复杂，以致难以有效量产，且由于采用半反射镀膜实现光线叠加，光路复杂，光效一般在50％以下，光效低，导致能耗很高。目前两种系统的视场角都较小，通常低于40度，且难以有效提高。因此，目前的透视型显示光学系统都存在结构复杂，工艺难度大，且视场角小的问题。

因此，如何提供一种能降低光学系统复杂性的同时，提高光效，增大视场角，从而有效提高使用者的视觉效果的透视型显示光学系统，是需要解决的问题。

实用新型内容

基于现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种透视型近眼显示光学系统，能增大视场角，有效提高使用者的视觉效果，且构成简单。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施方式提供一种透视型近眼显示光学系统，包括：

液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片；其中，

所述液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片顺次间隔排列设置，所述透明显示器与液晶透镜之间的距离等于所述液晶透镜具有屈光力状态下的焦距；

所述液晶透镜外侧朝向使用者的眼睛。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学系统，其有益效果为：

通过按特定次序顺次间隔排列的液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片形成一种透视型近眼显示光学系统，不仅结构简单，由于该系统采用的光学结构与VR类似，视场角可达90度以上，视场角大；且由于所用的光学元件和显示器直接在眼前叠加的方式，光效达到80％以上。该光学系统能够适配不同视力，包括近视和远视，佩戴者在使用本实用新型的光学系统过程中不需要再佩戴视力矫正眼镜；由于采用液晶透镜，既可以实现光学系统状态的切换，又可以适配不同视力的佩戴者，包括近视和远视，使得该光学系统可以工作在透视型近眼显示状态，也可以工作在VR状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学系统构成示意图；

图2为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学系统处于VR状态的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的透视型近眼显示光学系统处于近眼显示状态的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的光学系统处于近眼显示状态适配远视眼的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的光学系统处于近眼显示状态适配近视眼的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的使用该光学系统时人眼看到的图像叠加的示意图；

图中：1-透视型近眼显示光学系统；2-液晶遮光镜片；3-透明显示器；4-液晶透镜；5-人眼；A-液晶遮光镜片施加输入电压；B-透明显示器显示图像；C-液晶透镜施加电压；D-人眼看到的景物一；A1-液晶遮光镜片未施加输入电压；B1-透明显示器无显示图像；C1-液晶透镜未施加电压；D1-人眼看到的景物二。

具体实施方式

下面结合本实用新型的具体内容，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种透视型近眼显示光学系统，包括：

液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片；其中，

所述液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片顺次间隔排列设置，所述透明显示器与液晶透镜之间的距离等于所述液晶透镜具有屈光力状态下的焦距；

所述液晶透镜外侧朝向使用者的眼睛。

上述光学系统中，液晶透镜采用设有输入电压控制端的由输入电压信号来改变屈光度的液晶透镜镜片；

还包括：透镜输入电压控制装置，与所述液晶透镜的输入电压控制端电气连接。

上述光学系统中，液晶遮光镜片采用设有输入电压控制端的由输入电压信号来改变透光率的液晶遮光镜片；

还包括：遮光镜输入电压控制装置，与所述液晶遮光镜片的输入电压控制端电气连接。

上述光学系统中，透明显示器采用透明液晶显示器或透明有机发光二极管显示器。

上述光学系统还包括：眼镜支架，所述液晶遮光镜片、透明显示器和液晶透镜均设在所述眼镜支架上；

所述液晶透镜外侧朝向使用者的眼睛，使用佩戴时，液晶透镜外侧面靠近使用者眼睛。

下面对本实用新型实施例具体作进一步地详细描述。

本实用新型提供的一种透视型近眼显示光学系统，包括液晶遮光镜片、透明显示器和液晶透镜；其中，透明显示器和液晶透镜之间的距离大约是液晶透镜具有屈光力状态下的焦距(参见图1)。

上述光学系统中，液晶透镜是一种能够通过输入电压信号来改变屈光度的镜片。在没有电压信号时，液晶透镜没有屈光力，不会对光线产生汇聚作用，相当于一片平板玻璃。当输入一定的电压信号时，液晶透镜会产生屈光力，能够对通过液晶透镜的光线产生汇聚或发散作用，相当于一片凸透镜或凹透镜，输入不同的电压信号，液晶透镜会产生不同的屈光力。输入电压由与该液晶透镜的输入控制端电气连接的透镜输入电压控制装置来控制。

上述光学系统中，液晶遮光镜片是一种通过输入电压信号来改变透光率的镜片。在没有电压信号时，液晶快门镜片处于高透光率状态。当输入一定的电压信号时，液晶快门镜片会变到不透光状态。输入电压由与该液晶透镜的输入控制端电气连接的遮光镜输入电压控制装置来控制。

上述光学系统中，透明显示器是一种可以透过真实世界的光线，也可以显示图像的显示器。可以是透明液晶显示器、透明的有机发光二极管显示器等。

液晶遮光镜片、透明显示器、液晶透镜的布置方式如图1所示。从人眼到外界依次为液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片。

上述光学系统工作时能处于两种状态，具体为：

状态一(VR状态，参见图2)：给液晶遮光镜片及液晶透镜施加输入电压信号，同时驱动透明显示器显示图像。此状态下，液晶遮光镜片不透光，会阻挡外界实景光线进入人眼；液晶透镜产生屈光力，对透明显示器发出的光进行调制，使人眼观察到放大的虚像，并且此虚像呈现在距离人眼250cm以外的位置。

状态二(透视显示状态，参见图2至图5)：液晶遮光镜片及液晶透镜无电压信号，透明显示器无图像。此状态下，液晶遮光镜片透光，液晶透镜没有屈光力，透明显示器只透光，没有图像，外界实景光线可以顺利透过液晶遮光镜片、透明显示器和液晶透镜进入人眼。由于液晶透镜无屈光力，因此外界实景光线透过液晶透镜时不会被调制，不会使人眼产生不适感。

状态二中，如果人眼存在近视或远视的情况，可以给液晶透镜施加一定的电压信号，使得液晶透镜的屈光力能够适配人眼的视力(图4示意了适配远视的状态，图5示意了适配近视的状态)。

光学系统的状态一和状态二可以快速切换，由于视觉暂留现象的存在，人眼可以观察到虚拟图像与实景叠加的图像(参见图6)。上述切换频率大于一定数值，比如60赫兹，使得人眼不会产生闪烁等不适感。

光学系统也可以一直处于状态一下，此时的光学系统相当于VR(virtualreality)光学系统。

本实用新型的透视型近眼显示光学系统结构简单，视场角大。通常的透视型近眼显示光学系统采用特殊的光学元件，将人眼视线之外的显示器上的图像转折传导，呈现在人眼的前方。结构复杂，工艺难度大，且视场角小，目前此类型的光学系统视场角普遍在40°以下。而本实用新型的光学系统采用的光学结构与VR类似，视场角可达90度以上。通常的透视型近眼显示光学系统光路复杂，且采用半反射镀膜实现光线叠加，光效一般在50％以下，本实用新型光学系统采用光学元件和显示器直接在眼前叠加的方式，光效达到80％以上。

本实用新型的光学系统能够适配不同视力，包括近视和远视，佩戴者在使用本实用新型的光学系统过程中不需要再佩戴视力矫正眼镜。

本实用新型的光学系统可以工作在透视型近眼显示状态，也可以工作在VR状态。

本实用新型结构简单，成本低，生产性和可靠性高。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种透视型近眼显示光学系统，其特征在于，包括：

液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片；其中，

所述液晶透镜、透明显示器和液晶遮光镜片顺次间隔排列设置，所述透明显示器与液晶透镜之间的距离等于所述液晶透镜具有屈光力状态下的焦距；

所述透镜外侧朝向使用者的眼睛。

2.根据权利要求1所述的透视型近眼显示光学系统，其特征在于，所述液晶透镜采用设有输入电压控制端的由输入电压信号来改变屈光度的液晶透镜镜片；

还包括：透镜输入电压控制装置，与所述液晶透镜的输入电压控制端电气连接。

3.根据权利要求1所述的透视型近眼显示光学系统，其特征在于，所述液晶遮光镜片采用设有输入电压控制端的由输入电压信号来改变透光率的液晶遮光镜片；

还包括：遮光镜输入电压控制装置，与所述液晶遮光镜片的输入电压控制端电气连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的透视型近眼显示光学系统，其特征在于，所述透明显示器采用透明液晶显示器或透明有机发光二极管显示器。

5.根据权利要求1至3任一项所述的透视型近眼显示光学系统，其特征在于，还包括：眼镜支架，所述液晶遮光镜片、透明显示器和液晶透镜均设在所述眼镜支架上；

所述液晶透镜外侧朝向使用者的眼睛。